智斗植物瘟疫：从识破“诱饵”到激活“哨兵”

本报记者 李晨 通讯员 严楚越

在人们眼中，植物总是静默生长的。可实际上，在肉眼难以窥见的微观世界，植物和病原微生物之间一场持续的“军备竞赛”从未停歇，双方攻防交织、智斗不休。

近日，南京农业大学植物保护学院作物疫病研究团队凭借“重大作物疫病致害与防控的分子基础”系统研究，荣获2025年度教育部科学研究优秀成果奖（自然科学和工程技术）特等奖。该研究不仅揭开了疫霉菌致病力强大的“百年之谜”，更为作物绿色防控提供了全新武器与策略。

识破“诱饵”：一场微观世界的攻防智斗

作物疫病被称为“植物瘟疫”，是农业领域的毁灭性杀手。疫霉菌是作物疫病的主要元凶。100多年前，它曾引发著名的爱尔兰大饥荒。

在我国，大豆疫霉根腐病年均发生面积达数千万亩，病情严重的田块甚至绝收，被农业农村部列为对我国农业生产危害特别严重的“I类农作物病害”。

20多年来，团队聚焦大豆等作物疫病的致害与防控研究，试图解答两大关键科学问题：病原菌如何攻击寄主植物？植物如何启动免疫反击？经过长期研究，他们发现疫霉菌采用效应子的“波浪式”协同攻击策略，并揭示了“诱饵模式”新机制。

在疫霉菌侵染寄主植物的早期阶段，病菌孢子附着植物组织后，会分泌大量致病蛋白进入植物细胞。这些致病蛋白被称作效应子，是病原菌的关键武器。研究发现，疫霉菌效应子并非单打独斗，而是相互协作，展开“波浪式”攻击。

“不同效应子组成的集群会分阶段攻击植物免疫系统，一些效应子只会在早期入侵，有一些会持续攻击，还有一些后期才‘登场’。”作物疫病研究团队负责人、南京农业大学教授王源超介绍，为抵御疫霉菌侵入，植物会大量分泌抑制子干扰效应子活性，从而保护自身不受侵害。

随着研究的不断深入，团队发现这场微观世界的“战争”还存在更隐蔽的“战术”——疫霉菌采取“诱饵模式”入侵植物。

经过反复培养、提取与验证，团队从大豆根腐病菌的质外体中鉴定出一个核心致病因子——糖基水解酶XEG1。有意思的是，XEG1还有一个“孪生兄弟”——失去酶活性的突变体XLP1。当疫霉菌释放XLP1时，植物分泌的抑制子GIP1会全体出动防御XLP1；而真正的“武器”XEG1则在XLP1的掩护下，成功突破植物防线。

“这是一种声东击西的战术。XLP1虽与XEG1相似、协同作用，但本身并无破坏力，而是‘分子诱饵’，且吸引抑制子GIP1的能力较XEG1高出5倍以上，欺骗植物免疫系统。”王源超解释说。

“在‘诱饵模式’中，诱饵作为另一种重要的致病因子，其识别机制同样需要得到重视。”英国牛津大学教授雷尼尔·范德霍恩认为，“诱饵模式”研究对抗病分子设计具有重要价值。

这一突破性发现为植物病理学研究提供了崭新视角，已被写入《普通植物病理学》教科书。

发现“哨兵”：植物免疫的关键受体

揭示疫霉菌“诱饵模式”后，团队意识到，若能找到植物体内直接识别核心效应子并启动免疫的“哨兵”，就有可能从源头上阻断疫霉菌的进攻。

团队随即围绕核心效应子XEG1寻找抗病基因。经过对植物细胞膜上千余个受体蛋白的大规模筛选，他们成功鉴定出XEG1的植物识别受体——跨膜蛋白RXEG1。

RXEG1可激活植物的免疫反应。作物疫病研究团队成员、南京农业大学教授王燕说，RXEG1贯穿植物细胞膜，其位于细胞膜外的一端识别致病因子XEG1后，会将病原菌入侵的信号传入细胞内，进而激活植物的“防御系统”。

除具备免疫识别功能外，RXEG1还能抑制XEG1降解植物细胞壁的活性。“XEG1的酶活性口袋像一个机枪口，RXEG1正好能将这个机枪口堵住，抑制XEG1的酶活性，让其‘解除武装’。”王燕说。

此项研究成果2022年发表于《自然》。

实验表明，RXEG1的免疫激活机制显著提升作物对多种重大病害的广谱抗性，将该受体转化到大豆中，可显著提高对大豆疫霉的抗性；转化到棉花中，可明显增强对黄萎病的抗性；转化到小麦中，则显著提升对赤霉病的抗性。

创制新“武器”：从理论到应用的绿色防控利器

在南京农业大学宿州研究院大豆生物育种中心，质谱分析室、分子生物学实验室等一系列实验平台配备齐全。团队另辟蹊径，将人工智能（AI）技术打造为精准育种的“分子手术刀”。

一方面，团队建立了抵御病害的“敌我识别系统”。“我们利用AlphaFold等AI结构预测工具，定位与病原菌靶标蛋白相互作用的关键位点，设计出植物改良版抗病蛋白GmPMI1。”作物疫病研究团队成员、南京农业大学副教授夏业强表示，改造后的蛋白能精准抑制疫霉菌的侵染，同时对植物生长所需的同类酶“秋毫无犯”。

另一方面，团队借助AI深度预测，精准解除XEG1的毒性位点，并保留其激活免疫的功能。经过反复优化，最终创制出全新蛋白类免疫诱抗剂——“楠秾佑康”。

“楠秾佑康”可模拟效应子信号，快速激活植物免疫，抵抗多种病原菌的侵染，单次使用效果能持续数周，同时还能促进种子萌发，增强植物光合作用与根系发育。

该产品在大豆上的应用效果尤为突出——喷洒后的大豆植株直至生长后期仍保持健壮，籽粒饱满，与未处理植株形成鲜明对比，为解决我国大豆普遍存在的早衰问题提供了全新解决方案。

团队结合前期研发推广的“大豆苗期病虫害种衣剂拌种防控技术”建成了大豆全程绿色防控体系。

“‘种衣剂’为种子配备能够杀虫杀菌的‘铠甲’与‘武器’，为幼苗赢得早期生长的窗口期；‘楠秾佑康’则在植物生长中后期建立长时间的‘免疫防线’。”作物疫病研究团队成员、南京农业大学教授叶文武介绍。

绿色防控良法与良种、良机等深度融合，在全国各地示范田取得显著增产成效——2024年，宿州市埇桥区高产田块实收亩产达323.84公斤，位列农业农村部大豆大面积高产竞赛（清种夏播模式）全国第二；2025年，高产田块大面积实收亩产提升至344.1公斤，较当地平均亩产大幅提高。